Nghiên cứu bổ sung chitosan và sorbitol vào hỗn hợp caroten protein để hạn chế sự hư hỏng astaxanthin trong quá trình sấy

Với tính chất dễ bị biến đổi trong quá trình chế biến bảo quản mà sản phẩm giàu astxanthin đã được nghiên cứu rất nhiều để chọn ra phương pháp và điều kiện bảo quản mà khi sử dụng các sả

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

o0o

LÊ THỊ THU THỦY

NGHIÊN CỨU BỔ SUNG CHITOSAN VÀ SORBITOL VÀO HỖN HỢP CAROTEN-PROTEIN ĐỂ HẠN CHẾ SỰ

HƯ HỎNG ASTAXANTHIN TRONG QUÁ TRÌNH SẤY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỦY SẢN

Nha Trang, tháng 06 năm 2015

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

o0o

LÊ THỊ THU THỦY

NGHIÊN CỨU BỔ SUNG CHITOSAN VÀ SORBITOL VÀO HỖN HỢP CAROTEN-PROTEIN ĐỂ HẠN CHẾ SỰ

HƯ HỎNG ASTAXANTHIN TRONG QUÁ TRÌNH SẤY

LỜI CẢM ƠN

Đề tài này đã được hoàn thành nhờ sự giúp đỡ tận tình của rất nhiều thầy cô giáo, bạn

bè, gia đình và các tập thể trực thuộc trường Đại học Nha Trang Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới tất cả các cá nhân và tập thể đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn tới thầy PGS.TS Trang Sĩ Trung đã trực tiếp hướng dẫn, tạo điều kiện cho em tham gia đề tài nghiên cứu: Nghiên cứu các sản phẩm giá trị gia tăng từ phế liệu tôm để ứng dụng trong nông nghiệp do Bộ Khoa học

và công nghệ cấp

Em xin chân thành biết ơn các thầy ThS Nguyễn Công Minh, cô Th.S Phạm Thị Đan Phượng, cô ThS Nguyễn Thị Như Thường đã dạy dỗ và truyền đạt cho em những kiến thức vô cùng quý báu trong suốt quá trình em thực hiện đồ án

Em chân thành biết ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thực phẩm đã dạy dỗ, truyền đạt cho em kiến thức trong suốt quá trình học tập tại trường

Em xin chân thành biết ơn Ban giám đốc và các anh, chị tại Phòng Khoa học Công nghệ, Trung tâm thí nghiệm thực hành, Công nghệ sinh học và Môi trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thành viên trong gia đình, các bạn đồng môn đã động viên và giúp đỡ để em có thể thực hiện tốt đề tài này

Nha Trang, tháng 06 năm 2015

Sinh viên

Lê Thị Thu Thủy

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH v

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 4

1.1 Tổng quan về caroten- protein 4

1.1.1 Sự tồn tại và bản chất của caroten- protein 4

1.1.2 Tính chất của caroten- protein 4

1.1.3 Ứng dụng của caroten- protein 5

1.2 Tìm hiểu về Astaxanthin 5

1.2.1 Bản chất của Astaxanthin 5

1.2.2 Một số tính chất hóa, lý của Astaxanthin 8

1.2.3 Ứng dụng của astaxanthin 9

1.2.4 Các nguồn astaxanthin trong tự nhiên 10

1.2.5 Biến đổi của astaxanthin trong quá trình chế biến, bảo quản 11

1.3 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài 12

1.3.1 Nghiên cứu trong nước 12

1.3.2 Nghiên cứu ở nước ngoài 12

1.4 Các phương pháp thu nhận, chế biến và bảo quản hỗn hợp caroten - protein giàu astaxanthin 13

1.4.1 Các phương pháp thu nhận hỗn hợp caroten - protein 13

1.4.1.1.Phương pháp lên men 14

1.4.1.2 Phương pháp ủ xilô 14

1.4.1.3 Phương pháp xử lý hóa chất kết hợp với enzyme 16

1.4.2.Các phương pháp chế biến hỗn hợp caroten - protein 17

1.4.2.1 Phương pháp sấy 17

1.4.2.2 Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình làm khô (sấy) 19

1.4.2.3 Phương pháp sử dụng phụ gia bảo quản 20

Sorbitol 20

Chitosan 22

1.5.4 Phương pháp bao gói và bảo quản hỗn hợp caroten- protein 24

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Đối tượng nghiên cứu 26

2.2 Phương pháp nghiên cứu 26

2.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 26

2.2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm bổ sung phụ gia và tỷ lệ phối trộn vào hỗn hợp caroten- protein 28

2.2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định phương pháp bảo quản astaxanthin trong hỗn hợp caroten- protein 31

2.3 Các phương pháp phân tích và đánh giá cảm quan 33

2.4 Phương pháp xử lý số liệu 33

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ, THẢO LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 34

3.1 Thành phần hóa học cơ bản của hỗn hợp caroten- protein 34

3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ chitosan, Sorbitol đến hàm lượng astaxanthin trong quá trình sấy 35

3.2.1 Xác định tỷ lệ chiosan 35

3.2.2 Xác định tỷ lệ Sorbitol 38

3.2.3 Ảnh hưởng của các điều kiện bảo quản đến chất lượng hỗn hợp caroten- protein 41

3.2.4 Đề xuất quy trình bảo quản hỗn hợp caroten- protein giàu Astaxanthin 44

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

PHỤ LỤC 52

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các ứng dụng chính của hỗn hợp protein và carotenoid 5

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của hỗn hợp bột nhão caroten- protein 34

Bảng 3.2 Đánh giá cảm quan bột caroten- protein phối trộn NaCl sau sấy 36

Bảng 3.3 Đánh giá cảm quan bột caroten- protein phối trộn Sorbitol sau sấy 40

Bảng 3.4 Đánh giá chỉ tiêu cảm quan sản phẩm trong quá trình bảo quản 43

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu tạo của astaxanthin 6

Hình 1.2 Một số cấu trúc dạng đồng phân của astaxanthin 7

Hình 1.3 Các liên kết hóa học có thể có của astaxanthin với các phân tử khác trong tôm 7

Hình 1.4 Công thức phân tử của Sorbitol 21

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát 28

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ phối trộn chitosan với hỗn hợp caroten- protein 29

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ phối trộn sorbitol với hỗn hợp caroten- protein 30

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định phương pháp bảo quản hỗn hợp caroten- protein 32

Hình 3.1 Ảnh hưởng của nồng độ chitosan bổ sung đến tổn thất astaxanthin trong quá trình sấy bột nhão caroten- protein 35

Hình 3.2 Bột caroten- protein sau khi sấy 38

Hình 3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ Sorbitol bổ sung đến tổn thất astaxanthin trong quá trình sấy bột nhão caroten- protein 39

Hình 3.4 Bột caroten- protein sau khi sấy 41

Hình 3.5 Điều kiện bảo quản hỗn hợp caroten- protein 42

Hình 3.6 Bột caroten- protein sau khi bảo quản 44

Hình 3.7 Quy trình bảo quản astaxanthin trong hỗn hợp caroten- protein 45

PL3.2.Tủ sấy Memmert, Đức 58

PL 3.3.Bộ thiết bị Kjeldahl tự động, Gerhardt, Đức 58

PL 3.4 Máy đo quang phổ UV-VIS mini 1240 59

LỜI MỞ ĐẦU

Astaxanthin là một chất chống oxi hóa, ngăn ngừa một số bệnh ung thư, chống lại tác hại của tia tử ngoại đồng thời có hoạt tính của một tiền vitamin và astaxanthin còn tạo nên màu sắc đặc trưng ở một số loài thủy sản như tôm, cua Vì vậy, trong những năm gần đây astaxanthin được nghiên cứu rất nhiều, đặc biệt là việc thu hồi bột đạm thủy phân giàu astaxanthin từ phế liệu đầu tôm, là một sản phẩm có giá trị kinh tế cao

Việt nam, với nguồn lợi thủy sản dồi dào thì việc khai thác, chế biến, xuất khẩu các mặt hàng thủy sản được nâng cao và không ngừng phát triển Theo Tổng cục Thống

kê, ước tính giá trị sản xuất thủy sản năm 2014 (tính theo giá so sánh 2010) ước đạt gần 188 nghìn tỷ đồng, tăng 6, 5% so với cùng kỳ năm ngoái Trong đó, giá trị nuôi trồng thủy sản ước đạt hơn 115 nghìn tỷ đồng và giá trị khai thác thủy sản ước đạt hơn 73 nghìn tỷ đồng Kim ngạch xuất khẩu thủy sản tháng 12/2014 đạt 628,8 triệu USD, đưa tổng giá trị xuất khẩu thuỷ sản năm 2014 đạt 7,84 tỷ USD, tăng 16,5% so với cùng kỳ năm ngoái Đây là mức xuất khẩu kỷ lục của ngành thủy sản Chính vì vậy, việc sử dụng triệt để và hợp lí nguồn nguyên liệu sẽ dẫn đến đa dạng hóa mặt hàng thủy sản, tận dụng khôn ngoan lượng phế liệu thủy sản để sản xuất ra các sản phâm mang lại giá trị kinh tế cao là vấn đề trọng tâm cho phát triển bước tiến mới trong chế biến thủy sản

Ước tính phế liệu tôm khoảng hơn 200.000 tấn/năm, trong đó có khoảng 120.000 tấn đầu tôm Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào cho sản xuất chitin, caroten-protein với

tỷ lệ 50% protein và một lượng nhỏ carotenoid, tuy nhỏ nhưng có vai trò rất lớn cần được thu hồi ở dạng caroten-protein Hỗn hợp này sẽ có ý nghĩa để bổ sung vào làm thức ăn gia súc, nuôi trồng thủy sản, làm tăng màu sắc cho cá hồi, các loài giáp xác, tăng hệ miễn dịch cho vật nuôi

Gần đây, trong quy trình sản xuất chitin để tách protein ra khỏi thành phần chitin trong phế liệu, người ta sử dụng các phương pháp sinh học (vi sinh vật và enzyme) sử dụng protease hay lên men để thủy phân protein thay thế cho các chất hóa học Để phát triển hướng đi, sử dụng phương pháp sinh học vào trong việc thu hồi chế phẩm caroten-protein, ngoài quan tâm đến hiệu suất thu hồi còn phải quan tâm đến việc giảm chi phí, thời gian ngắn nhất cho việc thu hồi để có thế ứng dụng kết quả nghiên cứu

vào trong thực tiễn, công nghiệp Tận thu tối đa protein từ đầu tôm sẽ là ưu thế lớn cho việc phát triển các sản phẩm mang gía trị kinh tế cao trong đó là astaxanthin Với tính chất dễ bị biến đổi trong quá trình chế biến bảo quản mà sản phẩm giàu astxanthin đã được nghiên cứu rất nhiều để chọn ra phương pháp và điều kiện bảo quản mà khi sử dụng các sản phẩm có astaxanthin thì hàm lượng của chúng đạt giá trị cao nhất Với tính mới là việc bảo quản astaxanthin trong hỗn hợp caroten- protein và nhận thấy tính cấp thiết của đề tài, tôi đã được sự cho phép của khoa công nghệ thực phẩm dưới sự

hướng dẫn của PGS.TS Trang Sĩ Trung giao cho đề tài:”Nghiên cứu bổ sung

chitosan và sorbitol vào hỗn hợp caroten- protein để hạn chế sự hư hỏng astaxanthin trong quá trình sấy” để thực hiện đề tài tốt nghiệp

Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu bổ sung chitosan và Sorbitol vào hỗn hợp caroten- protein để hạn chế sự hư hỏng astaxanthin trong quá trình sấy

Nội dung nghiên cứu

Xác định thành phần hóa học cơ bản của hỗn hợp caroten- protein

Nghiên cứu nồng độ chitosan, sorbitol bổ sung vào hỗn hợp caroten- protein để giảm tỷ lệ tổn thất hàm lượng astaxanthin trong quá trình sấy

Đề xuất quy trình bảo quản astaxanthin trong hỗn hợp caroten- protein

Ý nghĩa khoa học: Việc sử dụng phụ gia bổ sung vào hỗn hợp caroten- protein trước

khi sấy nhằm làm giảm tỷ lệ tổn thất astaxanthin trong quá trình sấy và bảo quản sau khi sấy đồng thời sử dụng các điều kiện bảo quản ở nhiệt độ lạnh, bao gói hút chân không để tránh sự tiếp xúc với oxi không khí, ngăn cản quá trình oxi hóa làm biến đổi xấu màu sắc, mùi vị của hỗn hợp

Ý nghĩa thực tiễn: Sự thành công của đề tài dưới quy mô phòng thí nghiệm sẽ tạo nên

bước phát triển mới cho việc sản xuất quy mô công nghiệp hỗn hợp caroten- protein chứa astaxanthin, tận thu tối đa nguồn phế liệu từ sản xuất mặt hàng tôm thẻ chân trắng, hạn chế ô nhiễm môi trường và mang lại hiệu quả kinh tế cao đối với việc tách chiết được hầu hết lượng astaxanthin có trong hỗn hợp caroten- protein

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Tổng quan về caroten- protein

1.1.1 Sự tồn tại và bản chất của caroten- protein

Trong lớp vỏ động vật giáp xác (tôm, cua, ghẹ), protein lên kết với carotenoid (astaxanthin) để hình thành nên phức hợp Caroten- protein hay carotenoprotein [15] Phức caroten - protein có vai trò rất quan trọng và là một trong những đặc điểm sinh lí của cơ thể một số sinh vật sống

Ngoài ra, sự phân bố của carotenoprotein trong tự nhiên cũng khá đa dạng Ở thực vật, carotenoid thường định vị trên một số lượng lớn các grama của lục lạp và chúng tồn tại ở dạng phức hợp carotenoprotein Động vật không xương sống ở biển như da gai, động vật thân mềm nhìn chung là các nhóm sinh vật chứa nhiều carotenoprotein trong cơ thể

Carotenoid ở dạng tự do thường có màu vàng, cam hoặc đỏ Tuy nhiên, trong

cơ thể của loài động vật biển không xương sống, các phức hợp carotenoid tạo nên nhiều màu khác nhau như lá cây, xanh dương và tía Một số ví dụ điển hình là một phức hợp astaxanthin- protein trong vỏ tôm hùm có màu xanh dương được tạo ra do quá trình biến tính phức hợp astaxanthin- protein bởi nhiệt

1.1.2 Tính chất của caroten- protein

Carotenoprotein là phức hợp của carotenoid và protein Tuy nhiên, đối với đối tượng lớp giáp xác thì thành phần carotenoid này chủ yếu là astaxanthin

Carotenoid được cho là nằm sâu trong phức hợp, bị cách li gần như hoàn toàn với môi trường nước, với nhóm 4 và 4’- keto của nó được định vị gần bề mặt của phân tử protein Cơ chế liên kết nhờ sức căng được các nhà nghiên cứu yêu cầu cần phải có sự

ăn khớp giữa chuỗi polypeptide và các nhóm methyl của chuỗi polyene, đồng thời có

sự duy trì bền vững của cấu trúc vòng β-ionone

Phức hợp carotenoprotein hòa tan trong nước và có tính bền vững, trong một số trường hợp, màu sắc của nó bền đến vài năm trong không khí ở nhiệt độ phòng Ngoài

ra, sự tương tác giữa protein và astaxanthin dẫn đến sự thay đổi lớn về bước sóng của bức xạ hấp thụ cực đại từ đó dẫn đến sự thay đổi về màu sắc của nó Chẳng hạn trong

có thể động vật giáp xác, astaxanthin thường liên kết với các phân tử protein tạo thành

phức hợp α-crustacyanin, hấp thụ cực đại bức xạ ở bước sóng 628 nm tạo nên màu xanh đen đặc trưng thường thấy ở các loài thủy sản sống Dưới tác dụng của nhiệt độ, liên kết trên bị phá hủy và giải phóng astaxanthin tự do màu đỏ cam

1.1.3 Ứng dụng của caroten- protein

Chế phẩm caroten-protein ngày càng được sử sụng nhiều trong nhiều lĩnh vực: y dược, mỹ phẩm, công nghệ thực phẩm, thức ăn cho thủy sản…

Bảng 1.1 Các ứng dụng chính của hỗn hợp protein và carotenoid [31]

Công nghệ thực phẩm Chất mùi, chất màu, thực phẩm chức năng

Nuôi trồng thủy sản Tạo màu cho cá, tăng hệ miễn dịch, giảm stress

cho vật nuôi

Y dược Tăng hệ miễn dịch, chống lão hóa, ngăn chặn khả

năng gây ung thư, tim mạch, bệnh về mắt…

Mỹ phẩm Hạn chế và giảm nếp nhăn, chống lão hóa

Với hàm lượng cao astaxanthin trong chế phẩm người ta sử dụng để làm thức ăn cho các đối tượng nuôi trồng thủy sản

Trong kỹ thuật nuôi cá hồi: Chất lượng của cá hồi không chỉ được đánh giá qua hàm lượng protein, lipid, acid amin mà còn được đánh giá qua chất lượng màu sắc của

cơ thịt của chúng Trong khi đó, cá hồi nuôi thì màu sắc của chúng không đáp ứng được các chỉ tiêu chất lượng và yêu cầu của khách hàng, vì vậy việc bổ sung astaxanthin trong thức ăn của cá là đều cần thiết để tăng màu sắc hồng của cơ thịt cá [25] Trong bột đầu tôm có hàm lượng đạm cao 60% và có khả năng làm tăng hàm lượng astaxanthin trong da và cơ cá hồi [12]

Trong nuôi cá cảnh: Thức ăn có astaxanthin sẽ góp phần tạo màu sắc cho cá Nếu cho cá ăn thích hợp thì cá sinh trưởng và phát triển tốt, màu sắc đẹp

1.2 Tìm hiểu về Astaxanthin

1.2.1 Bản chất của Astaxanthin

Trong các loài giáp xác thủy sản, astaxanthin chủ yếu tập trung ở phần vỏ ngoài (chiếm 58-87% tổng hàm lượng carotenoid) Astaxanthin thường tồn tại ở dạng tự do,

dạng mono- hay di- ester với các acid béo không no mạch dài hoặc dưới dạng phức carotenoprotein của đồng phân quang học (3S, 3’S) Hàm lượng astaxanthin trong vỏ tôm, cua thay đổi đáng kể tùy theo loài (từ 10-140 mg/kg trọng lượng ướt hay là khoảng 50- 700 mg/kg trọng lượng khô) [12] Như vậy vỏ tôm, cua chính là một

nguồn astaxanthin tự nhiên đáng kể

Astaxanthin là một carotenoid, thuộc nhóm chất phytochemical tecpen, là chất sắc tố màu vàng đỏ Giống như nhiều carotenoid, astaxanthin là một chất màu hòa tan trong mỡ hoặc dầu

Astaxanthin là dẫn suất của caroten và có tên gọi: 3, 3’- dihydroxy- 4,4’- diketo của β, β’- caroten có công thức phân tử C40H52O4 ( Mphân tử= 596) và có công thức cấu tạo sau:

Hình 1.1 Cấu tạo của astaxanthin [23]

Astaxanthin có thể được tìm thấy trong vi tảo, men bia, cá hồi, cá, nhuyễn thể, giáp

xác như tôm, cua và lông của một số loài chim

Hình 1.2 Một số cấu trúc dạng đồng phân của astaxanthin [30]

Hình 1.3 Các liên kết hóa học có thể có của astaxanthin với các phân tử khác trong

tôm [23]

1.2.2 Một số tính chất hóa, lý của astaxanthin

Tính chất vật lý

Sự hấp thụ ánh sáng và màu sắc của astaxanthin:

Astaxanthin hấp thụ rất mạnh bức xạ trong vùng = 470-510nm ( cực đại hấp

thụ thay đổi tùy theo dung môi sử dụng với hệ số tắt phân tử  max khoảng = 105), tạo nên màu đỏ cam rất đẹp

Dưới tác dụng nhiệt, liên kết trên bị phá hủy và giải phóng trở lại astaxanthin tự

do màu đỏ cam

Tính tan:

Astaxanthin là hợp chất ít phân cực nên kém tan trong nước, dễ tan trong các dung môi hữu cơ có độ phân cực thấp hay trung bình như pyridin, diclorometan, cloroform, aceton, metanol, etyl acetat, etanol, dietyl ether, hexan, ether dầu mỏ…

tạo phức với protein hay dạng ether hóa thì bền vững hơn

Hoạt tính chống oxy hóa của astaxanthin (ký hiệu là Ast) trong cơ thể được giải thích bởi khả năng bắt giữ các gốc tự do (ví dụ với gốc peroxid) tạo thành gốc carbon trung tâm bền vững nhờ hiệu ứng cộng hưởng

Phản ứng với acid:

Astaxanthin phản ứng với các acid yếu đạt đến trạng thái cân bằng thuận nghịch, tạo ra một phức của các dạng cấu trúc (II) và (III), gây ra sự dịch chuyển cực đại của nó về phía sóng dài, khi trung hòa bằng baz yếu (như dioxan) cấu trúc phân tử astaxanthin ban đầu lại được phục hồi Tuy nhiên, khi phản ứng các acid mạnh (như HCl, H2SO4 ) có thể xảy ra sự phân hủy chuỗi polyen của astaxanthin, làm nhạt màu

đỏ cam

Astaxanthin được bổ sung trong nhiều sản phẩm mỹ phẩm khác nhau Vitamin

E là một chất chống oxy hóa đầu tiên được sử dụng và vẫn còn có thể rộng rãi Nhưng

từ khi Astaxanthin được biết đến là chất chống oxi hóa mạnh hơn so với vitamin E thì astaxanthin được bổ sung vào một loạt các sản phẩm mỹ phẩm như các loại son môi và sản phẩm kem chống nắng

Astaxanthin được sử dụng rộng rãi cho cá do khả năng tạo màu sắc, tăng tốc thành thục sinh dục, tăng khả năng thụ tinh và tăng khả năng sống sót, phát triển của phôi Một nghiên cứu về ảnh hưởng của astaxanthin về sự sống còn và tăng trưởng cá hồi Đại Tây Dương cho thấy rằng khi không bổ sung astaxanthin vào thức ăn cho cá thì chỉ có 17% con cá nhỏ sống sót đến khi trưởng thành Khi các tăng số lượng Astaxanthin trong chế độ ăn uống từ cách 0,4ppm, đến 1,0ppm và cuối cùng lên đến 13,7ppm, tỷ lệ phần trăm của chiên mà sống sót tăng lên từ 17% tất cả con đường lên

đến 87% Và khi đạt đến mức tối đa được sử dụng trong nghiên cứu này 13,7ppm, tỷ lệ sống tăng lên đến hơn 98% (Capelli và Cysewski, 2007) [27]

Astaxanthin làm tăng khả năng sống sót cho cá con, khả năng phát triển của cá nhanh hơn nhiều, giúp nâng cao chất lượng của trứng, cải thiện khả năng miễn dịch bệnh cho cá (Watanabe và cộng sự, 2003) [44] Astaxanthin giảm tỷ lệ mắc của đục thủy tinh trong cá hồi (Waagbo và cộng sự, 2003) [43] Astaxanthin có thể lưu trong

cơ bắp, trên da nhờ được hấp thụ tốt trong đường tiêu hóa (Torrisen, 1989) [39] Vì vậy, thịt cá hồi và vỏ giáp xác có màu đỏ hồng Màu hồng này là một thuộc tính cảm quan, có liên quan chặt chẽ đến chất lượng và giá trị của sản phẩm Bên cạnh việc tạo màu sắc, astaxanthin còn có tác dụng bảo vệ chất béo của cá hồi tránh sự oxi hóa trong suốt quá trình bảo quản đông

Bổ sung astaxanthin vào trong thức ăn chăn nuôi để điều trị các bệnh cơ bắp hay tăng khả năng phát triển của vật nuôi (Lignell, 2001) [35] Chế độ ăn uống có astaxanthin làm tăng khả năng sinh sản, cải thiện tình trạng sức khỏe tổng thể của các loài động vật, và giảm tỷ lệ tử vong gà, màu vàng của lòng đỏ cũng tăng lên, trong khi việc nhiễm Salmonella giảm đáng kể (Lignell và cộng sự, 1998; Lignell, và Inborr, 2000) [33, 34] Astaxanthin cũng tạo màu sắc tốt hơn cho cơ thịt gà, một thuộc tính mong muốn cho một số người tiêu dùng (Akiba và cộng sự, 2001) [20]

1.2.4 Các nguồn astaxanthin trong tự nhiên

Phế liệu giáp xác thủy sản

Trong các loài giáp xác thủy sản, astaxanthin chủ yếu tập trung ở phần vỏ ngoài chiếm 58- 87% tổng hàm lượng carotenoid Nó thường vẫn tồn tại ở dạng tự do, dạng mono- hay di-ester với các acid béo không no mạch dài hoặc dưới dạng phức carotenoprotein của dạng đồng phân quang học (3S, 3’S) Hàm lượng astaxanthin trong

vỏ tôm, cua thay đổi đáng kể theo loài và là nguồn astaxanthin tự nhiên đáng kể [12]

Nấm men Phaffia rhodozyma

Phaffia rhodozyma là một loại nấm men duy nhất được biết hiện nay có khả

năng tổng hợp astaxanthin Tuy nhiên, hàm lượng astaxanthin trong chủng Phaffia

rhodozyma tự nhiên khá thấp, không phù hợp cho mục đích thương mại Hiện nay,

bằng kỹ thuật biến đổi gen đã tạo được những chủng Phaffia rhodozyma có hàm lượng

astaxanthin khá lớn (300- 2000 mg/kg trọng lượng khô) để sử dụng trong công nghiệp sản xuất astaxanthin

Do Phaffia rhodozyma có cấu tạo vách tế bào cứng, khó tiêu hóa đối với các

động vật nên trong quá trình sản xuất các chế phẩm sinh học astaxanthin từ loài nấm men này cần phá hủy thành tế bào bằng phương pháp cơ học hay xử lý bằng enzyme nhằm tăng hiệu quả hấp thụ astaxanthin của động vật [12]

Vi tảo Heamatococcus pluvialis

Vi tảo nước ngọt Heamatococcus pluvialis là một loài tảo lục đơn bào được

xem là vi sinh vật có khả năng tích lũy một hàm lượng astaxanthin lớn nhất trong tự nhiên (10- 30g/kg sinh khối khô, tức gấp 1000- 3000 lần trong thịt cá hồi.) [12]

1.2.5 Biến đổi của astaxanthin trong quá trình chế biến, bảo quản

Các hợp chất caroten thuộc nhóm chất chống oxy hoá có khả năng loại gốc tự do Khả năng chống oxi hóa của caroten dựa trên khả năng liên kết với oxi nguyên tử và gốc peroxit bằng cách tạo ra sản phẩm cộng giữa β-caroten và gốc peroxit (Burton, 1984; Rice-Evans, 1997) [24, 42] Dưới một số điều kiện, các hợp chất caroten hoạt động như những chất tiền oxy hoá, dưới những điều kiện khác lại hoạt động như những chất chống oxy hoá, có chức năng như một chất chống oxy hóa chuỗi ngăn ngừa sự lan truyền của các phản ứng gốc tự do Vì vậy, caroten và đặc biệt là astaxanthin rất dễ bị biến đổi trong quá trình chế biến và bảo quản vì astaxanthin rất nhạy cảm với ánh sáng, oxy và nhiệt độ

Trong tôm nguyên liệu, astaxanthin có thể được tìm thấy trong ba dạng chính: astaxanthin tạo phức với protein (caroten-protein), astaxanthin liên kết với lipid, protein và astaxanthin tự do Astaxanthin ở dạng tự do dễ bị oxi hóa nhất Phân tử của astaxanthin có nhiều nối đôi nên kém bền, dễ tạo liên kết với các chất khác như hydro, gốc tự do, peroxit, acid… làm mất đi hoạt tính vốn có của nó

Nhiệt độ: Nhiệt độ càng cao thì càng làm oxi hóa astaxanthin dẫn đến làm giảm hoạt tính của nó Khi bảo quản ở nhiệt độ thấp thì quá trình oxi hóa astaxanthin sẽ giảm và hoạt tính của astaxanthin được đảm bảo

Ánh sáng: Ánh sáng là tác nhân gây oxi hóa astaxanthin nên khi bảo quản cần hạn chế ánh sáng tiếp xúc với hỗn hợp caroten-protein

Oxi nguyên tử: Oxi là yếu tố có ảnh hưởng lớn đến quá trình oxy hóa astaxanthin Đặc biệt là khi có thêm ánh sáng và nhiệt độ cao Vì vậy, khi bảo quản nên bao gói hút chân không

Acid: Acid được sử dụng trong quá trình thu nhận hỗn hợp caroten-protein sẽ ảnh hưởng đến hoạt tính của astaxanthin bằng cách tạo liên kết với nó Nên sử dụng acid ở nồng độ thấp để hạn chế sự suy giảm chất lượng của astaxanthin

1.3 Một số nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài

1.3.1 Nghiên cứu trong nước

Các nghiên cứu trong nước chủ yếu tập trung vào việc thu hồi caroten- protein

có hàm lượng astaxanthin cao cùng với ứng dụng của hỗn hợp caroten- protein trong thực phẩm

Phạm Thị Đan Phượng (2012) đã nghiên cứu thu nhận bột đạm carotenoid từ đầu tôm thẻ chân trắng bằng phương pháp xử lý kết hợp hai enzime protease Bột nêm được tiến hành sấy chân không ở nhiệt độ 500C và bổ sung Dextrin, NaCl [15]

Đặng Thị Hiền (2008) đã sử dụng Alcalase để tiến hành thủy phân phế liệu tôm

và tận thu protein và axtaxanthin trong công nghệ sản xuất chitin – chitosan [5]

Phạm Thị Liên (2005) đã nghiên cứu tách chiết axtaxanthin, protein và chitin trong sản xuất để đạt hiệu quả kinh tế cao hơn [9]

Hoàng Thị Huệ An (2004) đã nghiên cứu thu hồi chất màu astaxanthin từ phế liệu vỏ tôm sú [1]

Ngô Thị Hoài Dương và cộng sự (2010) [3] đã tiến hành nghiên cứu thu hồi protein từ đầu tôm, các chất có hoạt tính sinh học và khả năng chống oxy hóa, kết quả cho thấy trong phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng của Việt Nam có chứa một lượng đáng

kể các chất có hoạt tính sinh học như acid amin, acid béo, khoáng đa lượng Sản phẩm thủy phân protein từ phế liệu đầu tôm bằng alcalase cho thấy có khả năng chống oxy hóa Vì thế cần thu hồi các chất có hoạt tính sinh học trong phế liệu tôm để tăng cường khả năng tận dụng phế liệu từ tôm [3]

1.3.2 Nghiên cứu ở nước ngoài

Dora (2011) đã nghiên cứu tối ưu hóa quá trình thủy phân protein từ nguyên liệu còn lại trong chế biến tôm bằng các enzyme protease từ vi sinh vật bằng phương

pháp bề mặt đáp ứng Ông đã nghiên cứu sử dụng các enzyme Alcalase, Neutrase và Flavourzyme cho quá trình thủy phân protein trong nguyên liệu còn lại trong chế biến tôm So sánh hoạt động thủy phân của các enzyme này, ông kết luận rằng Alcalase cho kết quả thủy phân tốt nhất Dùng phương pháp bề mặt đáp ứng, phương án central composit để tối ưu quá trình thủy phân protein từ nguyên liệu còn lại trong chế biến tôm, ông đã đưa ra được chế độ thủy phân tối ưu là nhiệt độ thủy phân 59,37oC, ở pH

= 8,25, thời gian thủy phân 84,42 phút, nồng độ enzyme/cơ chất 1,84%, cho độ thủy phân 33,13% Protein thủy phân thu được có giá trị dinh dưỡng cao, chứa hàm lương protein cao (72,3%), acid amin (529,93 mg/g) với các acid amin thiết yếu [22] đã nghiên cứu thu hồi protein trong quá trình sản xuất chitosan chất lượng cao dùng trong

mỹ phẩm Trong quá trình thủy phân, tác giả dùng enzyme thương mại có sẵn (alcalase) và protein thủy phân được thành các acid amin thiết yếu với hàm lượng cao, tuy nhiên chúng không làm ảnh hưởng tới chất lượng chitosan Hàm lượng protein thu được 68,5% cao hơn so với việc thu hồi theo phương pháp thông thường là 12,8% Ngoài ra, sau khi ly tâm để thu hồi protein còn thu được một lượng astaxanthin để bổ

sung vào thức ăn cho cá hồi Qua nghiên cứu này, đã đưa ra phương pháp thu hồi

caroten- protein giàu astaxanthin bằng phương pháp sử dụng Alcalase để thủy phân

protein, tận thu caroten- protein

Lambersom và Braekkan (1971) đã nghiên cứu các phương pháp sấy khô tôm

và kết luận rằng sấy khô tôm bằng phương pháp sấy khô chân không cho sản phẩm có hàm lượng astxanthin lớn hơn so với sấy bằng không khí nóng và Pomsonhoon (1998)

đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến chất lượng tôm Sấy tôm ở nhiệt độ sấy nhỏ hơn 70oC là khoảng nhiệt độ tốt nhất, màu sắc ít bị biến đổi nhất [33]

1.4 Các phương pháp thu nhận, chế biến và bảo quản hỗn hợp caroten - protein giàu astaxanthin

1.4.1 Các phương pháp thu nhận hỗn hợp caroten - protein

Phức hợp caroten - protein tồn tại trong lớp vỏ động vật giáp xác (tôm) và một phần trong cơ thịt tôm do đó để tận dụng các ưu điểm của hỗn hợp caroten - protein cần phải thực hiện các phương pháp tách chiết để thu nhận hỗn hợp hiện nay có một số phương pháp thường được sử dụng để thu nhận hỗn hợp caroten - protein

1.4.1.1.Phương pháp lên men

Lên men lactic là sự chuyển hóa kị khí các chất glucid thành acid lactic nhờ hoạt động sống trực tiếp vi sinh vật Lên men lactic là một trong những quá trình chuyển hóa phát triển nhất trong tự nhiên Có hai dạng lên men lactic: lên men đồng hình và lên men dị hình

Lên men đồng hình (lên men điển hình) cho sản phẩm chủ yếu là acid lactic (80 – 90%) Chỉ một lượng nhỏ pyruvat bị khử carbon để tạo thành acid acetic, ethanol,

CO2, aceton Lượng sản phẩm phụ tạo thành phụ thuộc vào sự có mặt của oxy

Lên men dị hình (lên men không điển hình): Nhóm vi khuẩn này quá trình lên men phức tạp hơn Sản phẩm chính là acid lactic cùng số lượng khá lớn những sản phẩm phụ khác Trước hết là acid lactic, sau đó rượu etylic, CO2 có thể là axetoin (CH3CHOHCOCH3), diacetyl (CH3COCOCH3) Diacetyl có mùi dễ chịu làm cho sản phẩm có mùi thơm đặc trưnng

Acid lactic mới tạo thành phải được trung hòa liên tục, để lên men nhanh, phạm

vi pH tối ưu phải nằm giữa pH 5,5 và 6,0 Lên men bị ức chế mạnh ở pH = 5 và sẽ dừng lại ở pH < 4,5 (Nguyễn Đức Lượng, 2002) [13] Quá trình lên men phế liệu tôm bằng vi sinh vật là một phương pháp sinh học, sản phẩm tạo ra dựa trên quá trình lên men tự nhiên của vi khuẩn lactic, sản phẩm tạo ra trong điều kiện yếm khí chủ yếu là acid lactic kết quả làm cho pH trong mẻ ủ giảm xuống so với pH ban đầu pH giảm làm ức chế vi khuẩn yếm khí có hại do đó sản phẩm lên men phế liệu tôm có thể làm thức ăn gia súc và được bảo quản lâu

1.4.1.2 Phương pháp ủ xilô

Ủ chua hay còn gọi là lên men thức ăn cho gia súc, động vật nuôi là phương pháp để bảo quản nguyên liệu có từ lâu đời trong nhân dân Quá trình ủ chua được thực hiện nhờ có các chủng vi khuẩn lactic có sẵn trong môi trường tự nhiên hoặc được cung cấp từ ngoài vào giúp cho sản phẩm ủ chua đạt được chất lượng mong muốn từ đó cung cấp nguồn dinh dưỡng cho động vật Trong môi trường lên men, người ta thường bổ sung muối, rỉ đường thích hợp, nồng độ acid để ức chế vi sinh vật gây thối, gây hư hỏng nguyên liệu

Trong quá trình lên men, vi khuẩn acid lactic chuyển đổi cacbonhydrat thành acid lactic và giảm độ pH Hỗn hợp lên men sẽ được bảo vệ nhờ độ pH giảm xuống

thấp, tạo điều kiện cho các enzyme phân giải protein (protease) có sẵn trong phế liệu tôm, làm phá vỡ các mô protein tạo ra sản phẩm có dạng lỏng Hầu hết protein được thủy phẩn thành các peptide ngắn, một số trong đó có thể tiếp tục chuyển hóa tạo các acid amin tự do (Martin, 1996) [36]

Khi ủ phế liệu tôm, có thể sử dụng hỗn hợp acid hữu cơ và vô cơ như là acid formic, acid chlohydric, và/hoặc acid sunfuric, acid propyonic và hydrochloric và/hoặc acid sunfuric với các nồng độ khác nhau (Nguyễn Hữu Dũng, 2005) [4] nhằm mục đích hạ thấp pH ban đầu để khống chế quá trình gây thối do vi sinh vật gây thối, bảo quản nguyên liệu đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho chủng vi khuẩn lactic được bổ sung vào thực hiện quá trình lên men hiệu quả, đồng thời enzyme nội tại hoạt động

Sự hiện diện của acid hữu cơ do chủng vi khuẩn lactic tạo ra và acid vô cơ hoặc hữu cơ bổ sung vào trong quá trình lên men lactic sẽ làm giảm pH của môi trường, ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây thối rữa, và do đó kéo dài thời gian bảo quản cho nguyên liệu Việc hạ pH môi trường bằng acid vô cơ hoặc acid hữu cơ và lên men bằng chủng vi khuẩn lactic trong quá trình ủ có những tác dụng sau:

Khi hạ pH bằng acid vô cơ ở giai đoạn đầu tiên trong quá trình lên men có tác dụng thủy phân đường thành những đường đơn nhằm cung cấp nguồn cacbon dồi dào cho sự phát triển của vi khuẩn lactic Đồng thời ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây thối rữa, tạo môi trường thích hợp cho vi khuẩn lactic phát triển

Tác dụng thủy phân protein trong phế liệu tôm do hoạt động của enzyme protease trong bản thân nguyên liệu, hạ pH thúc đẩy lên mem lactic nhờ quá trình ủ có

1.4.1.3 Phương pháp xử lý hóa chất kết hợp với enzyme

Sử dụng các acid như HCl, H2SO4 để thủy phân mẫu ban đầu Các ion dương của acid hay kiềm sẽ gắn trên liên kết nhị dương tại nút mang điện phù hợp, còn các ion dương

sẽ gắn vào nút có độ âm điện phù hợp Vì thế sẽ làm thay đổi mật độ điện tử xung quanh liên kết nhị dương, làm cho liên kết căng ra hơn trước và dễ bị cắt đứt khi có nước tham gia

Đặc điểm của chất xúc tác enzyme: Tính đặc hiệu cao, điều kiện nhẹ nhàng, dễ bị ảnh hưởng của các yếu tố môi trường, pH, to, kim loại nặng, nồng độ enzyme [E], nồng

độ cơ chất [S], chất hoạt hóa và chất ức chế, hoạt lực của enzyme được xác định giá trị

hoạt động của nó và mỗi enzyme yêu cầu có những điều kiện hoạt động riêng [17]

Cơ chế tác dụng của enzyme lên cơ chất trải qua 3 giai đoạn theo sơ đồ sau:

Trong đó:

E: Enzyme S: Cơ chất

ES: phức hợp của enzyme-cơ chất P: Sản phẩm

Giai đoạn 1: Phức E – S tồn tại tạm thời bằng các liên kết hydro (H…O, H…N)

và liên kết Vander wall (tương tác giữa các nhóm nguyên tử, nhóm phân tử), ngoài ra còn có tương tác yếu giữa các nhóm phân cực và các nhóm không phân cực Phản ứng

này xảy ra nhanh và đòi hỏi năng lượng hoạt hóa thấp

Giai đoạn thứ hai: Xảy ra sự biến đổi trong phức E-S dẫn đến sự kéo căng và phá vỡ các liên kết, sự chuyển biến, phản ứng giữa E và S trong phức hết sức quyết liệt, rất đặc hiệu và rất nhanh

Giai đoạn thứ ba: Các liên kết giứa E và S bị phá vỡ hoàn toàn giải phóng E tự

do và tạo thành sản phẩm

Việc lựa chọn phương pháp thu hồi hỗn hợp caroten- protein dựa vào mục đích thu nhận và các điều kiện thu nhận thích hợp Để thu nhận được hỗn hợp caroten- protein cung cấp nguyên liệu đầu vào cho quá trình sấy và hiệu suất thu hồi hỗn hợp caroten- protein cao tiến hành thu hồi hỗn hợp caroten- protein theo phương pháp ủ xi

lô bằng acid vô cơ Phương pháp thu được khối lượng hỗn hợp cao, đơn giản, dễ thực hiện nhưng cho hàm lượng astaxanthin thấp hơn phương pháp thu hồi kết hợp giữa emzime và acid Vì lí do cần khối lượng lớn hỗn hợp bột nhão caroten- protein nên lựa chọn phương pháp tối ưu nhất để có đủ nguyên liệu đầu vào cho quá trình sấy, có mẫu sau khi sấy với khối lượng nhiều cho các điều kiện bảo quản, kiểm tra tất cả chỉ tiêu

mẫu sau khi bảo quản

1.4.2.Các phương pháp chế biến hỗn hợp caroten - protein

Hỗn hợp caroten - protein thu nhận từ vỏ tôm thường tồn tại dưới dạng dung dịch hoặc dạng bột nhão chứa hàm lượng nước lớn do đó rất dễ bị hư hỏng trong quá trình bảo quản vì vậy để nâng cao giá trị của caroten - protein cần có các phương pháp loại nước để thu nhận và bảo quản hỗn hợp caroten - protein

1.4.2.1 Phương pháp sấy

Trong sản xuất và đời sống có rất nhiều trường hợp nước (ẩm) ra khỏi vật liệu rắn Sau khi tách nước, nhiều sản phẩm có độ bền tăng, hoặc trở nên giòn, dễ nghiền vụn Đối với sản phẩm là chất bột có độ ẩm yêu cầu sau khi sấy là 10-20%, sau khi tách nước sẽ giảm chi phí vận chuyển, đảm bảo điều kiện bảo quản lâu dài Do vậy trong rất nhiều quy trình công nghệ sản trong kỹ thuật bảo quản cũng như để bảo đảm những yêu cầu về mặt chất lượng cần phải tách nước để sản phẩm đạt độ khô cần thiết Người ta có thể tách nước ra khỏi thực phẩm theo nhiều phương pháp khác nhau: Phương pháp cơ học: nén ép, ly tâm, lắng…

Phương hóa- lý: dùng hóa chất có tính hút nước cao để tách nước có trong hỗ hợp: CaCl2 khan, H2SO4 đậm đặc, Silicagen

Phương pháp nhiệt hay còn gọi là sấy: Đây là quá trình giải phóng nước ra khỏi vật rắn bằng cách cung cấp nhiệt cho nước bay hơi khỏi mặt thoáng hay trong lòng sản phẩm Phương pháp này được tiến hành theo hai biện pháp:

Sấy tự nhiên: phương pháp này được tiến hành ở ngoài trời bằng cách sấy vật liệu

ẩm dưới ánh sáng mặt trời, năng lượng gió…

Sấy tự nhiên chỉ dùng cho sản phẩm rẻ tiền không đòi hỏi khắt khe về kỹ thuật hoặc trong trường hợp riêng biệt cần thiết

Ngày nay, khi khoa học đã đạt tới trình độ phát triển cao thì sấy đường nói riêng và sấy các vật phẩm khác nói chung, thì sấy nhân tạo đóng vai trò chủ yếu, vì nó có thể đáp ứng được tất cả các yêu cầu sản xuất một cách chủ động, khoa học và kinh tế Nguyên tắc chung của sấy nhân tạo là phải cung cấp nhiệt để nước bay hơi khỏi nông sản và dùng tác nhân thích hợp để di chuyển lượng hơi ẩm đó ra khỏi môi trường xung quanh Vì thế mà người ta căn cứ vào phương pháp cung cấp nhiệt chia ra các phương pháp sấy nhân tạo sau:

Phương pháp sấy đối lưu

Phương pháp sấy kết hợp hút chân không

Phương pháp sấy bức xạ

Phương pháp sấy tiếp xúc

Phương pháp sấy thăng hoa

Phương pháp sấy bằng điện trường cao tần

Trong các phương pháp nhân tạo kể trên thì phương pháp sấy đối lưu, bức xạ và tiếp xúc được dùng rộng rãi hơn cả, nhất là phương pháp sấy đối lưu

Mỗi phương pháp sấy kể trên được thực hiện trong nhiều kiểu thiết bị khác nhau Ví dụ như sấy đối lưu được thực hiện trong nhiều thiết bị sấy như: thiết bị sấy buồng, sấy hầm, sấy băng tải, sấy thùng quay… Phương pháp sấy bức xạ có thể thực hiện trong thiết bị sấy bức xạ đèn hồng ngoại, thiết bị sấy bức xạ dùng nhiên liệu khí, dùng dây điện trở Phương pháp sấy có thể thực hiện trong thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng, thiết bị sấy tiếp xúc kiểu tang quay, tủ sấy chân không, máy sấy chân không

có cánh khuấy, máy sấy hai trục lăn và một số thiết bị sấy tiếp xúc trong chất lỏng

Như ta đã biết, mỗi loại vật liệu sấy sẽ thích hợp với mỗi số phương pháp sấy

và một số kiểu thiết bị sấy nhất định, đồng thời đối với một số vật liệu nó còn ảnh hưởng đến chế độ sấy thích hợp, như sấy hỗn hợp caroten- protein giàu astaxanthin thì không nên sấy ở nhiệt độ cao, tiếp xúc với oxi không khí sẽ làm biến đổi astxanthin, gây hư hỏng hỗn hợp… Chính vì vậy mà việc chọn thiết bị sấy tiến hành hai giai đoạn:

Chọn sơ độ phương pháp sấy và chế độ sấy thích hợp ở một thiết bị sấy có thể dùng cho vật liệu đó

Trên cơ sở một số thiết bị đã chọn, tính toán kinh tế kỹ thuật để chọn kiểu thiết

bị thích hợp nhất

Căn cứ vào mỗi yêu cầu nhiệt độ, độ ẩm của vật liệu sấy có thể chịu được mà chúng ta chọn chế độ sấy thích hợp Theo tính chất của astaxanthin cùng những biến đổi của nó trong quá trình chế biến và bảo quản nên chọn chế độ sấy chân không và nhiệt độ sấy thấp Vì vật liệu sấy ở dạng sệt và điều kiện hiện có trên phòng thí nghiệm nên lựa chọn thiết bị sấy chân không

Sấy khô bằng chân không là những phương pháp tiên tiến nhất trong công nghệ sấy khô hiện nay, sấy khô sản phẩm bằng chân không có thể đảm bảo được chất lượng tốt cho sản phẩm Sấy khô bằng chân không là dưới độ chân không thấp hơn nhiệt độ bốc hơi của nước sẽ đông kết và thăng hoa ở nhiệt độ thấp do đó quá trình sấy khô được nhanh và chất lượng sản phẩm sẽ tốt

Phương pháp sấy khô bằng chân không có 2 cách sau: sấy khô bằng chân không

ở nhiệt độ thường (0÷600C) Cơ sở lý luận của phuong pháp này là khi giảm áp lực xuống thì điểm sôi của chất lỏng hạ xuống Tủ sấy khô bằng chân không có nhiều loại như: kiểu thùng quay, kiểu bàn, tủ sấy tiếp xúc Sấy khô bằng chân không không ở nhiệt độ thấp (dưới 00C) [2]

1.4.2.2 Những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình làm khô (sấy)

Những biến đổi cảm quan

Biến đổi về khối lượng và thể tích: khi làm khô do nước trong nguyên liệu mất

đi cho nên khối lượng giảm, thể tích bị co rút lại, sản phẩm đạt trạng thái khô

Biến đổi về màu sắc: Trong quá trình làm khô màu sắc, mùi vị của sản phẩm biến đổi nhiều so với nguyên liệu ban đầu.Nguyên nhân do mất nước, nồng độ sắc tố trên một đơn vị thể tích tăng lên dẫn đến sản phẩm có màu sẫm hơn Đồng thời nếu chế độ làm khô không hợp lí như nhiệt độ quá cao , lipid bị oxi hóa làm cho sản phẩm

có màu sẫm, mùi ôi khét khét khó chịu Vì vậy phải chọn chế độ làm khô hợp lí để sản phẩm có màu đẹp hơn, mùi thơm

Biến đổi về trạng thái: Nguyên liệu từ trạng thái sệt, hàm lượng nước có trong nguyên liệu cao, sau khi sấy sản phẩm mất nước, ở trạng thái khô, hàm ẩm thấp

Những biến đổi về hóa học

Sự thủy phân lipid: trong quá trình làm khô đặc biệt là ở giai đoạn đầu có thể xảy ra quá trình thủy phân lipid tạo thành glyceril và acid béo làm giảm chất lượng sản phẩm

Sự oxi hóa lipid: trong quá trình làm khô các acid béo, đặc biệt là acid béo không no dễ bị oxi hóa tạo thành các sản phẩm trung gian như: peroxyde, hydroperoxyde, cetol, aldehyde…làm cho sản phẩm có mùi ôi khét khó chịu và có màu sẫm tối Mức độ oxi hóa lipid phụ thuộc vào phương pháp làm khô, nhiệt độ, thời gian làm khô và bản thân nguyên liệu

Sự đông đặc và biến tính protein:

Khi làm khô ở áp lực thường, sự đông đặc và biến tính protein phụ thuộc vào nguyên liệu Nếu nguyên liệu đã được gia nhiệt thì protein ít bị biến đổi vì đã bị biến đổi từ trước Đối với nguyên liệu ướp muối nếu điều kiện làm khô không tốt thì protein bị biến đổi nhiều

1.4.2.3 Phương pháp sử dụng phụ gia bảo quản

Astaxanthin trong hỗn hợp caroten- protein sau khi được thu hồi từ phế liệu đầu tôm thẻ chân trắng có tính chất dễ bị biến đổi bởi các yếu tố: ánh sáng, oxi không khí, nhiệt độ, acid…là các tác nhân giúp cho quá trình oxi hóa thành phần lipid có trong hỗn hợp, làm cho astaxanthin bị mất đi, màu sắc, mùi vị bị xấu đi và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm bị mất đi, giảm chất lượng của sản phẩm Vì vây, để hạn chế những biến đổi đó thì việc sử dụng các phụ gia chống oxi hóa bổ sung vào hỗn hợp caroten- protein: chitosan, sorbitol, dextrin,

Tìm hiểu về các chất phụ gia thường được sử dụng trong việc sấy khô hỗn hợp Carotenoprotein

Sorbitol

Sorbitol (E420i) thuộc nhóm phụ gia tạo vị ngọt, được phép sử dụng trong thực phẩm Ngoài ra còn có tác dụng tạo độ bóng và giữ độ ẩm cho thực phẩm.Thông thường, sorbitol được tách chiết từ tự nhiên (táo, lê, đào, mận khô, dâu rừng…) Trong công nghiệp, Sorbitol được sản xuất từ glucose dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao, hydro hóa với niken (Ni)

Sorbitol có một hương vị ngọt mát và có vị ngọt giống 60% so với đường mía (đường Saccharose) Nó có thể được cho thêm vào trong bánh kẹo, thực phẩm và bánh sôcôla để tránh thực phẩm bị khô và cứng bằng độ ẩm của nó và khả năng ổn định tốt Mặt khác nó có thể giữ được hương thơm và không bị bay hơi.Sorbitol được sử dụng như chất làm ngọt trong nhiều sản phẩm, nó cũng là kem dưỡng ẩm tốt và ổn định bên cạnh việc mang lại hương vị ngọt ngào Sorbitol còn là một hương vị lý tưởng để sản xuất bánh quy với màu sắc tươi sáng và không phải lo lắng về màu sắc, và nó cũng rất tốt khi kết hợp sử dụng với các chất phụ gia khác như đường mía, protein hay chất béo thực vật

Cùng với tính cấp thiết của đề tài, tính mới trong việc nghiên cứu phụ gia bổ sung và tỷ lệ bổ sung, cùng những ứng dụng rất tốt việc sử dụng sorbitol là một phụ gia được phép sử dụng cho thực phẩm và đặc biệt là sản phẩm khô Việc xác định đúng tỷ lệ phối trộn sẽ tạo ra hỗn hợp caroten- protein giàu astaxanthin có tỷ lệ tổn thất astaxanthin là thấp nhất nhờ cơ chế tạo màng bảo vệ tế bào thực phẩm, ổn định cấu trúc và ngăn chặn sự tiếp xúc của thực phẩm với oxi không khí, hạn chế sự thủy phân

và oxi hóa lipid có trong hỗn hợp

Công thức hóa học: C6H14O6

Công thức phân tử

Hình 1.4 Công thức phân tử của Sorbitol Tính chất: Sorbitol là một sản phẩm màu trắng, không mùi, có vi ngọt dễ chịu,

hòa tan tốt trong môi trường nước và rượu nhưng không hòa tan trong dung môi hữu

cơ Sorbitol không có tính khử, không thể lên men được và rất bền trước sự tấn công của vi khuẩn Sorbitol có khả năng tạo phức với kim loại nặng góp phần cải thiện việc bảo quản các sản phẩm béo Đây là tính chất quan trọng trong việc lựa chọn sorbitol là chất phụ gia bổ sung vào hỗn hợp caroten- protein trước khi sấy để cải thiện màu sắc, mùi vị và trạng thái của sản phẩm sau khi sấy, kéo dài thời gian bảo quản mà chất lượng sản phẩm cũng như hàm lượng astaxanthin bị thất thoát giảm đi đáng kể [7]

Vai trò của Sorbitol trong thực phẩm: Làm giảm điểm đóng băng của

kem giúp cho kem mềm hơn.Được sử dụng như một chất giữ ẩm và tạo độ nhớt, tạo bóng, kiểm soát hiện tượng kết tinh đường mía.Không xảy ra phản ứng caramel hóa nên có thể cải thiện cảm quan của nước trái cây.Thường được sử dụng trong công thức sản xuất kẹo để giảm chi phí.Độ nhớt của syrup Sorbitol hữu ích trong việc làm chậm

kết tinh

Trong công nghệ sản xuất bánh: Sorbitol là chất giữ ẩm và bảo vệ bề mặt sản

phẩm sấy, làm chậm quá trình lên men.Tăng khả năng chống chịu nhiệt cho bánh làm chậm xảy ra phản ứng caramen để bánh khỏi bị cháy khi lớp ruột bên trong chưa chín tới.Giảm kết tinh vón cục tạo cấu trúc mềm xốp cho bánh.Tăng khả năng hút ẩm giúp bánh nướng không bị khô và nứt nẻ.Làm chậm quá trình kết tinh saccharose

Chitosan kết hợp với andehyde trong điều kiện thích hợp tạo thành gel, đâylà cơ

sở để bẫy tế bào, enzyme

Chitosan phản ứng với acid đậm đặc, tạo thành muối khó tan, tác dụng vớiIod trong môi trường H2SO4 phản ứng cho màu tím, phản ứng này có thể dùng đểphân tích định tính chitosan

Loại chitosan có trọng lượng phân tử trung bình từ 200.000 đến 400.000 đv C hay được dùng nhiều nhất trong y tế và thực phẩm

Ứng dụng của chitosan

Là sản phẩm thay thế hàn the Chitosan là chất phụ gia bảo quản tốt cho giò và bánh cuốn ở nhiệt độ phòng và bảo quản tốt đến 26 ngày ở T = 8oC Trong chế biến bảo quản giò thì lượng chitosan được dùng tốt nhất là 2,5g/kg thịt và được đưa vào ở giai đoạn xay nhuyễn cùng với muối và gia vị trước khi cho nước

mắm của quy trình sản xuất giò truyền thống

Trong chế biến bảo quản bánh cuốn thì lượng chitosan được dùng tốt nhất là 24g dung dịch 3,5% cho 1kg bột nước và được đưa vào ở giai đoạn trước khi tráng bánhSản phẩm giò và bánh cuốn có phụ gia chitosan giá thành phù hợp với an toàn sức khoẻ

Vật liệu chitosan còn được chế tạo thành thực phẩm bổ dưỡng, có tác dụnghạ huyết áp, giảm cholesterol và lipid trong máu, chống béo phì, phòng chống u vàng thư,

từ trước đến nay, việc bảo quản các loại thực phẩm tươi sống giàu đạm, dễ hư hỏng như thịt, cá trong điều kiện khí hậu nóng ẩm của nước ta là một trongnhững vấn đề

đã và đang được các nhà sản xuất, chế biến và các nhà khoa học quan tâm, nên sau khi

vỏ bọc chitosan từ vỏ tôm được hoàn thành, các nhà nghiên cứu đã nghĩ ngay đến việc dùng màng bọc chitosan từ vỏ tôm này để làm vỏ bọc xúc xích

Ngoài việc giúp cho sản phẩm xúc xích có hình dáng đẹp, lớp vỏ màng chitosan này còn có tác dụng đặc biệt là không làm mất màu và mùi đặc trưng của hỗn hợp nguyên liệu xúc xích.Từ thành công này, các nhà khoa học tiếp tục nghĩ tới việc sử dụng vỏ bọc chitosan để bảo quản thủy sản tươi và khô

Trong công nghệ thực phẩm, vật liệu chitosan được dùng để bảo quản đóng gói thức ăn, để bảo quản hoa quả tươi vì nó tạo màng sinh học không độc Người ta đã tạo màng chitosan trên quả tươi để bảo quản quả đào, quả lê, quả kiwi, dưa chuột, ớt chuông, dâu tây, cà chua, quả vải, xoài, nho

Chitosan sử dụng để chống hiện tượng mất nước trong quá trình làm lạnh, làm đông thực phẩm

Chitosan được sử dụng như một Polymercationit trong sản xuất agarose agar có chất lượng kém

từagar-Chitin có tính tẩy màu mà không hấp thụ mùi và các thành phần khác, nên nó được ứng dụng vào việc khử màu thức uống (đồ uống nước trái cây)

Chitosan còn dùng để bảo quản trứng gà, làm chậm lại quá trình bị thâm của rau quả Rau quả sau khi thu hoạch sẽ dần dần bị thâm, làm giảm chất lượng và giá trị Rau quả bị thâm là do quá trình lên men tạo ra các sản phẩm polyme hóa của oquinon Nhờ bao gói bằng màng chitosan mà ức chế được hoạt tính oxy hóa của các polyphenol, làm thành phần của anthocyamin, flavonoid và tổng lượng các hợp chất phenol ít biến đổi, giữ cho rau quả tươi lâu hơn [12].

Cơ chế chống oxi hóa của chitosan

Cơ chế chống oxi hóa của chitosan có thể giải thích bằng nhiều cơ chế khác nhau [16]: Chitosan có thê khử các gốc tự do khác nhau do tác động của nitơ vào vị trí cacbon số 2 của chitosan

Xie và cộng sự (2001) báo cáo rằng cơ chế xử lý của chitosan có liên quan đến một thực tế là các gốc tự do có thể phản ứng với ion hydro từ các ion NH3+ để tạo thành một phân tử ổn định Các NH3+ được hình thành bởi các nhóm amin hấp thụ một ion hydro từ các dung dịch [45]

Trần Thị Luyến cho rằng các nhóm amino của phân tử chitosan có thể kìm hãm

sự oxi hóa lipid, do tác động kiềm hãm vậy nên mới hạn chế hoạt động oxi hóa của nhóm kim loại [11]

1.5.4 Phương pháp bao gói và bảo quản hỗn hợp caroten- protein

Đối với sản phẩm có độ ẩm thấp 10-20% thì quá trình bảo quản, các điều kiện bảo quản sau khi sấy đến khi sử dụng rất quan trọng, nó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng hỗn hợp caroten- protein giàu astaxanthin Vì vậy dựa vào tính chất của astaxanthin mà chọn ra các điều kiện, phương pháp bảo quản thích hợp để giảm thiểu tối đa hàm lượng astaxanthin, tăng chất lượng cảm quan, kéo dài thời gian sử dụng

Dựa vào tính chất của sản phẩm khô, độ ẩm thấp mà sử dụng các phương pháp bảo quản: bảo quản ở nhiệt độ thường (300C) và bảo quản lạnh (40C)

Hỗn hợp caroten-protein đã được sấy khô, hàm lượng nước trong hỗn hợp còn

ít nên qua sự hư hỏng được giảm thiểu đáng kể, nhưng trong hỗn hợp có hợp chất màu astaxanthin là hỗn hợp dễ bị biến đổi trong quá trình bảo quản, vận chuyển bởi các tác nhân: nhiệt độ, ánh sáng, oxi không khí…làm giảm hàm lượng có trong hỗn hợp nên cần khảo sát cụ thể các điều kiện bảo quản cho hàm lượng astaxanthin mất đi là ít nhất

và thời gian bảo quản được dài nhất

Bảo quản ở nhiệt độ thường

Hỗn hợp caroten- protein sau khi sấy đạt được hàm ẩm từ 10-20% tiến hành khảo sát ở hai điều kiện bảo quản là: bao gói thường và bao gói hút chân không

Bao gói hút chân không: được bao gói trong bao bì PA

Ở phương pháp này, người ta đặt các sản phẩm thực phẩm trong những bao bì không thấm khí và hút không khí ở trong ra, tạo ra một môi trường chân không

Trong trường hợp này những quá trình oxi hoá thường xảy ra dưới tác dụng của không khí bị kìm hãm mạnh, lớp bề mặt của sản phẩm không bị khô, giữ được màu sắc

và tính chất ban đầu của sản phẩm

Phương pháp này thường được dùng kết hợp với các phương pháp vật lý khác, chủ yếu là làm lạnh và làm lạnh đông

Bao gói thường: sản phẩm được bao gói trong bao bì PE và được hàm kín miệng bao bì

Cả hai điều kiện bảo quản đều ở nhiệt độ thường phòng thí nghiệm 25- 30 0C

Bảo quản ở nhiệt độ lạnh (4 0C)

Đối với các sản phẩm được bảo quản lạnh ở nhiệt độ lạnh dương thấp thì quá trình hư hỏng hay biến đổi được hạn chế tối đa, bảo quản lạnh sản phẩm sẽ hạn chế sự sinh trưởng và phát triển của các vi sinh vật gây hư hỏng.Tiến hành bảo quản hỗn hợp ở hai điều kiện tương tự như bảo quản ở nhiệt độ thường đồng thời theo dõi, kiểm tra các chỉ tiêu như: hàm lượng astaxanthin, cảm quan

và lựa chọn ra điều kiện và phương pháp bảo quản thích hợp

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Hỗn hợp caroten - protein thu nhận từ đầu tôm thẻ chân trắng được tách chiết theo phương pháp ủ xi lô sử dụng hai acid: acid HCl và acid lactic

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm tổng quát

Thuyết minh sơ đồ:

Hỗn hợp caroten- protein sau khi được thu hồi ở dạng bột nhão tiến hành xác định các chỉ tiêu đầu vào: ẩm, khoáng, protein, lipid, chitin, astaxanthin Cân và xác định khối lượng mỗi mẫu

Tiến hành phối trộn chitosan và sorbitol theo các tỷ lệ khác nhau đồng thời kiểm tra các chỉ tiêu: ẩm, khoáng, astaxanthin của từng mẫu sau đó tiến hành sấy chân không ở nhiệt độ 50oC Sau khi xác định được thời gian sấy và độ ẩm của mẫu sau sấy đạt 10- 20% thì đánh giá chất lượng của mẫu xác định tỷ lệ phối trộn chitosan, sorbitol thích hợp So sánh chất lượng giữa hai mẫu khi sử dụng chitosan, sorbitol, mẫu nào cho tỷ lệ astaxanthin bị tổn thất thấp hơn, chất lượng cảm quan tốt hơn thì lựa chọn phụ gia đó cho quá trình sấy

Sau khi chọn được tỷ lệ phối trộn phụ gia thích hợp thì tiến hành thu hồi hỗn hợp caroten- protein với lượng mẫu lớn sau đó phối trộn chitosan, sorbitol với tỷ lệ đã chọn, sấy đến độ ẩm 10- 20% sau đó đánh giá ảnh hưởng của quá trình sấy đến hàm lượng astaxanthin, tiếp theo là tiến hành các điều kiện bảo quản

Các mẫu đã sấy trước khi bảo quản thì xác định khối lượng của từng mẫu sau

đó tiến hành bao gói ở 2 điều kiện bao gói khác khau: bao gói hút chân không và bao gói không hút chân không sau đó tiến hành các điều kiện bảo quản ở nhiệt độ thường

và nhiệt độ lạnh Trong quá trình bảo quản cứ định kì tiến hành kiểm tra chất lượng mẫu về khối lượng, protein, astaxanthin xác định các điều kiện bảo quản tối ưu cho chất lượng hỗn hợp tốt nhất

Các thí nghiệm chi tiết được bố trí ở phần sau: